01001110.00001010.00000010.00011110 и в шестнадцатеричном формате:
4E.0A.02.1D
Адрес IP v4 состоит из двух логических частей: адреса сети и адреса узла.При доставке пакета передаваемых данных адресату сначала используетсяадрес сети, а после доставки пакета в сеть адресата – адрес узла.
Например, маршрутизация пакетов при их передаче из одной сети в другую, осуществляется на основании номера сети, поэтому каждый маршрутизатор, получая пакет, должен прочитать из соответствующего поля заголовка адрес узла назначения, выделить из него номер сети и направить пакет в сеть с указанным адресом. Арес узла будет использован уже внутри сети адресата.
Однако запись адреса IP v4 не предусматривает специального разделительного знака между номером сети и номером узла. Более того, логическая структура адреса может быть различной и по внешнему виду адреса не всегда можно определить его логическую структуру.
Каким же образом маршрутизаторы (и сетевые узлы) определяют, какая часть из 32 бит, отведенных под IP-адрес, относится к номеру сети, а какая – к номеру узла?
18.3. Классы адресов IP v4
Основным способом разделения IP-адреса на поле адреса сети и поле адреса узла является выделение классов адресов. Вводится пять классов адресов: А, В, С, D, Е.
Только три класса из пяти могут использоваться для адресации реальных сетевых узлов: А, В и С.
Два последних класса – D и Е – имеют специальное назначение. Признаком, на основании которого можно определить класс, к которому
относится тот или иной адрес, является первое вхождение бита «0» в двоичную запись первого байта адреса.
То есть, если у первого байта, записанного в виде восьми бит, первый (старший) бит равен «0», то адрес принадлежит классу A (первому классу).
Если впервые бит «0» встретится во второй справа позиции, то адрес считается принадлежащим классу B (второму классу). И так далее.
Классы IP-адресов
Класс
Первые
Наименьший
Наибольший
Макс. число
биты
номер сети
номер сети
узлов в сети
1.0.0.0
126.0.0.0
A
(0– не
(127 –
224
используется)
зарезервирован)
B
128.0.0.0
191.255.0.0
216
C
192.0.0.0
223.255.255.0
28
Групповые
D
224.0.0.0
239.255.255.255
адреса
(multicast
address)
E
240.0.0.0
247.255.255.255
Зарезервировано
К классу Аотносится адрес,в котором старший бит имеет значение«0».
В адресах класса А под идентификатор сети отводится 1 байт, а остальные 3 байта интерпретируются как номер узла в сети. Сети, все IP-адреса которых имеют значение первого байта в диапазоне от 1 (00000001) до 126 (01111110), называются сетями класса А.
Значение 0 (00000000) первого байта не используется, а значение 127 (01111111) зарезервировано для специальных целей, о чем будет рассказано далее.
Сетей класса А сравнительно немного, зато количество узлов в них может достигать 224, то есть 16 777 216 узлов. Сети класса A можно считать большими сетями.
К классу Вотносятся все адреса,старшие два бита которых имеютзначение «10». В адресах класса В под номер сети и под номер узла отводится по два байта. Сети, значения первых двух байтов адресов которых находятся в диапазоне от 128.0 (10000000 00000000) до 191.255 (10111111 11111111),
называются сетями класса В.
Сетей класса В гораздо больше, чем сетей класса А, но их размеры (максимальное число узлов) меньше. Максимальное количество узлов в сетях класса В составляет 216 (65 536). Сети класса B считаются средними сетями.
К классу Сотносятся все адреса,старшие три бита которых имеютзначение «110». В адресах класса С под номер сети отводится 3 байта, а под номер узла – 1 байт.
Сети, старшие три байта которых находятся в диапазоне от 192.0.0 (11000000 00000000 00000000) до 223.255.255 (11011111 11111111 11111111), называются сетями класса С.
Сети класса С наиболее распространены и имеют наименьшее максимальное число узлов – 2 8 (256). Сети класса C считаются малыми сетями.
К классу D(англ. Multicast Address –групповой адрес)относятся всеадреса, начинающиеся с последовательности 1110. В то время как адреса классов А, В и С используются для идентификации отдельных сетевых интерфейсов, то есть являются индивидуальными адресами (Unicast Address), групповой адрес идентифицирует группу сетевых интерфейсов, которые в общем случае могут принадлежать разным сетям. Интерфейс, входящий в группу, получает наряду с обычным индивидуальным IP-адресом еще один групповой адрес. Если при отправке пакета в качестве адреса назначения указан адрес класса D, то такой пакет должен быть доставлен всем узлам, которые входят в группу.
Если адрес начинается с последовательности «11110», то это значит, что данный адрес относится к классу Е. Адреса этого класса зарезервированы для будущих применений.
Структуру адресов классов A, B, C можно наглядно представить в виде схемы.
Адрес сети Адрес узла
Класс A
Класс B
Класс C
Рис. 27. Структура IP-адресов классов A, B, C
То есть, для определения адреса сети необходимо определить класс IP-адреса, что достаточно легко сделать, по первому вхождению бита «0» в первом байте адреса.
Пример.
Пусть требуется определить класс сети, адрес сети, адрес узла и маску для адреса IP v4: 129.64.134.5
Решение.
1) Для определения класса сети выполним перевод первого байта адреса в двоичную запись:
Байт 1
Делимое
Делитель
Остаток
(Частное)
®
1-
Первый байт (восемь бит) адреса в двоичной записи: 10000001.
То есть, адрес относится к классу B (первый бит «0» находится во второй, начиная слева, позиции).
2) Для адреса сети класса B адрес сети состоит из двух первых байт. То есть адрес сети (байты адреса узла записываются как нулевые):
129.64.0.0
3) Адрес узла для сети класса B состоит из двух последних байт адреса:
0.0.134.5
Но, поскольку адреса узлов никогда не записываются в таком виде, то
(для корректности) запишем адрес узла в виде (адрес узла подчеркнут):
В TCP/IP существуют ограничения при назначении IP-адресов, а именно ни номера сетей, ни номера узлов не могут состоять из одних двоичных нулей или единиц.
Дело в том, что:
· заполнение нулями всех битов адреса сети (00000000(2) = 0(10)) означает, что узел относится к несуществующей сети с адресом
0.0.0.0;
· заполнение нулями всех битов адреса узла приводит к получению адреса сети,например: 19.0.0.0 (сеть классаA), 141.85.0.0 (сетькласса B), 192.16.2.0 (сеть класса C);
· заполнение единицами всех битов адреса сети не предусмотрено
выделением классов A, B, C, D, E (сетей с первым байтом
11111111(2) = 256(10) не существует);
· заполнение единицами всех битов адреса узла дает особые адреса – широковещательные (англ. Limited Broadcast), применяемые при рассылке ограниченных широковещательных сообщений всем клиента данной сети (например,адрес192.168.1.255 –являетсяшироковещательным для сети 192.168.1.0 (класс C) и не может быть использован ни одним узлом сети).
Таким образом, в каждом из классов A, B, C можно выделить адреса, применение которых для адресации узлов невозможно:
· класс A – x.0.0.0 ( адреса сетей) и x.255.255.255 (ограниченные широковещательные адреса);
· класс B – x.x.0.0 и x.x.255.255;
· класс C – x.x.x.0 и x.x.x.255 и т.д.
Отсюда следует, что максимальное количество узлов, приведенное в табл. 2 для сетей каждого класса, должно быть уменьшено на 2. Например, в адресах класса С под номер узла отводится 8 бит, которые позволяют задавать 256 номеров: от 0 до 255. Однако в действительности максимальное число узлов в сети класса С не может превышать 254, так как адреса 0 и 255 запрещены для адресации сетевых интерфейсов.
Особый смысл имеет IP-адрес, первый байт которого равен 127. Этот адрес является внутренним адресом стека протоколов компьютера (или маршрутизатора). Он используется для тестирования программ, а также для организации работы клиентской и серверной частей приложения, установленных на одном компьютере. Обе программные части данного
приложения спроектированы в расчете на то, что они будут обмениваться сообщениями по сети. Когда программа посылает данные по IP-адресу 127.х.х.х, то данные не передаются в сеть, а возвращаются модулям верхнего уровня того же компьютера как только что принятые. Маршрут перемещения данных образует «петлю», поэтому этот адрес называется адресом обратной петли (англ. Loopback – петля возврата).
В TCP/IP-сетях запрещается присваивать сетевым интерфейсам IP-адреса, начинающиеся с октета 127.
Групповые адреса (англ. Multicast Address), относящиеся к классу D, предназначены для экономичного распространения в Интернете или большой корпоративной сети аудио- или видеопрограмм, адресованных сразу большой аудитории слушателей или зрителей. Если групповой адрес помещен в поле адреса назначения IP-пакета, то данный пакет должен быть доставлен сразу нескольким узлам, которые образуют группу. Один и тот же узел может входить в несколько групп. В общем случае члены группы могут распределяться по различным сетям, находящимся друг от друга на произвольно большом расстоянии.
Групповые адреса не имеют в своем составе ни адреса сети, ни адреса узла и обрабатывается маршрутизаторами особым образом. Основное назначение групповых адресов – распространение информации по схеме «один ко многим».
18.5. Выделенные диапазоны адресов IP v4 для локальных сетей
Проблема экономного использования адресного пространства для версии IPv4 решается несколькими взаимно дополняющими друг друга способами.
Так, например, поскольку большинство пользователей глобальных сетей подключается в составе локальных сетей (например, локальных сетей местного провайдера), то нет смысла каждому пользовательскому компьютеру присваивать постоянный полноценный IP-адрес. При таком подходе множество адресов IP v4 было бы давным-давно исчерпано.
Пакеты из локальной сети подлежат маршрутизации при их передаче в глобальные сети, а, поэтому для пользователей локальных сетей во всем мире можно применять одни и те же диапазоны сетевых адресов. Это позволяет в несколько раз сократить расход адресов IP v4. В таком случае маршрутизатор должен обеспечивать поддержку NAT (англ. Network Address Translation – преобразование сетевых адресов).
В каждом из рассмотренных нами классов A, B, и C имеется специально выделенный для использования в локальных сетях диапазон адресов:
· класс A: 10.0.0.0 – 10.255.255.255 ( только сеть 10.0.0.0);
· класс B: 172.16.0.0 – 172.31.255.255 ( сети с 172.16.0.0 по 172.31.0.0);
· класс С: 192.168.0.0 – 192.168.255.255 ( сети с 192.168.0.0 по 192.168.255.0).
Адреса из этих диапазонов в глобальных сетях просто игнорируются. При проектировании локальной сети следует выбрать диапазон адресов
